автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Обоснование параметров шахтных вентиляторов местного проветривания смешанного принципа действия

На правах рукописи

Шантарин Сергей Сергеевич

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ШАХТНЫХ ВЕНТИЛЯТОРОВ МЕСТНОГО ПРОВЕТРИВАНИЯ СМЕШАННОГО ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ

Специальность 05.05.06-"Торные машины"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург - 2004

Работа выполнена в Уральском государственном горном университете

Научный руководитель — доктор технических наук, профессор Тимухин Сергей Андреевич Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Зимин Анатолий Иванович кандидат технических наук, доцент Холодников Юрий Васильевич

Ведущее предприятие — Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт горного и обогатительного машиностроения

(НИПИ Гормаш)

Защита диссертации состоится 16 декабря 2004 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 212.280.03 при Уральском государственном горном университете в зале заседаний Ученого совета по адресу: 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уральского государственного горного университета.

Автореферат разослан 16 ноября 2004 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета _ Хазин М.Л.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Основным средством, обеспечивающим соответствующие атмосферные условия в подземных горных выработках, являются вентиляторные установки главного и местного проветривания.

Немаловажную роль для проветривания очистных и проходческих забоев играют вентиляторы местного проветривания. На некоторых шахтах их число доходит до 80, а суммарная мощность превышает мощность вентиляторов главного проветривания.

При проходке тупиковых выработок значительной длины большое значение имеет давление вентилятора. В практике проветривания горных выработок известны случаи использования до 12 / 14 осевых вентиляторов местного проветривания, соединенных последовательно.

Попыткой повышения давления осевых вентиляторов местного проветривания было создание двухступенчатых осевых вентиляторов "Проходка - 500 - 2М", а позднее - создание центробежных вентиляторов местного проветривания со спиральным корпусом "ВЦО — 0,6". С целью уменьшения габаритных размеров были разработаны прямоточные центробежные вентиляторы, например ВЦ — 6, 7, 8.

Несмотря на то, что прямоточные центробежные вентиляторы существенно превосходят осевые машины по аэродинамическим параметрам, развивают существенно большее давление (в 2 / 3 раза больше, по сравнению с осевыми вентиляторами) при том же диаметре рабочего колеса, имеют более высокий КПД, меньший шум, прямоточные центробежные вентиляторы местного проветривания имеют существенный недостаток — значительные поперечные размеры, обусловленные прямоточной конструкцией корпуса.

В процессе модернизации проточной части и конструкции вентилятора в целом современные осевые вентиляторы местного проветривания выполнены по аэродинамической схеме с меридиональным ускорением потока и представляют собой одноступенчатую машину (вентиляторы типоряда ВМ).

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ 1 БИБЛИОТЕКА

ед

Следует отметить, что конструктивное совершенствование традиционных типов воздуходувных машин - центробежных (радиальных) и осевых практически исчерпало свои потенциальные возможности, и наиболее перспективным направлением в настоящее время является ориентация на создание вентиляторов смешанного принципа действия. Таким образом достигается более эффективное использование проточной части машин. Следствием этого является повышение аэродинамических параметров, улучшение энергетических и шумовых характеристик без увеличения массогабаритных показателей и частот вращения рабочих колес, что представляет существенный интерес с точки зрения снижения энергетических затрат на проветривание.

Первоначальным этапом решения данной проблемы является разработка методов оптимизации геометрических и кинематических параметров вентиляторов смешанного принципа действия (ВСПД), требующих соответствующих теоретических обоснований. Отсюда обоснование оптимальных параметров ВСПД представляет собой актуальную научно-техническую задачу.

Целю работы является моделирование аэродинамических процессов и оптимизации параметров проточной части вентиляторов смешанного принципа действия (ВСПД).

Идея работы заключается в моделировании аэродинамических процессов в проточной части вентиляторов посредством пошагового рассмотрения преобразований аэродинамических и геометрических параметров в лопаточных венцах рабочего колеса и спрямляющего аппарата.

Задачи исследований. В диссертации поставлен и решен ряд взаимосвязанных задач, основными из которых являются:

- анализ и классификация различных конструкций вентиляторов смешанного принципа действия на основе литературных данных и патентных источников технически развитых стран США, России, Франции, Англии, Германии, Японии за последние 30 лет;

- разработка методики оптимизации геометрических и кинематических параметров вентиляторов смешанного принципа действия (ВСПД) на основе

метода конечных элементов, применительно к расчету аэродинамических систем;

- создание компьютерной модели вентилятора смешанного принципа действия и ее апробация для различных существующих аэродинамических схем вентиляторов;

- оптимизация геометрических параметров проточной части вентиляторов смешанного принципа действия методом компьютерного моделирования и эксперимента.

Методы исследований включают анализ источников научно-технической информации, включая патентные источники, по тематике работы, постановку и проведение теоретических и экспериментальных исследований методами математического, компьютерного и физического моделирования с применением теории подобия. При этом рассматривается частица воздуха элементарного объема, движущаяся в потоке воздуха, и поэтапное (пошаговое) изменение параметров потока при взаимодействии с лопаточными венцами рабочего колеса и спрямляющего аппарата.

Основные научные положения, выносимые на защиту;

1. Классификация конструкций вентиляторов смешанного принципа действия. Обоснование наиболее рациональной схемы ВСПД для целей местного проветривания.

2. Повышение статического давления и КПД вентиляторов, снижение уровня создаваемого ими шума достигаются посредством корпуса специальной формы и втулки рабочего колеса и спрямляющего аппарата, соответствующей траектории свободного смещения потока воздуха в радиальном направлении под действием центробежных сил, возникающих в результате закручивания потока воздуха рабочим колесом.

3. Расчет и оптимизация геометрических и аэродинамических параметров вентиляторов смешанного принципа действия (ВСПД) должны осуществляться на основе метода конечных элементов.

4. Аналитическое определение скоростей закручивания потока, скоростей смещения потока в радиальном направлении, величины радиального смещения потока в рабочем колесе и спрямляющем аппарате.

Достоверность научных положений, выводов, рекомендаций обеспечивается достаточной сходимостью результатов полученной характеристики статического давления вентилятора, выполненного по аэродинамической схеме ОВ-62, но с условно конической втулкой рабочего колеса (аналогично К-70) и характеристикой статического давления вентилятора, выполненного по аэродинамической схеме ОВ-70.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- предложена классификация вентиляторов смешанного принципа действия с разделением по принципу действия на три основных класса: осе-радиальные, радиально-осевые, радиально-диаметральные;

- сформулированы основные принципы оптимизации вентиляторов смешанного принципа действия на базе аэродинамических схем осевых вентиляторов;

- разработана пошаговая методика расчета геометрических и аэродинамических параметров осевых и осе-радиальных вентиляторов;

- получены расчетные зависимости между углом конусности корпуса и втулки рабочего колеса и приращением статического давления осе-радиального вентилятора.

Личный вклад автора состоит в анализе и обобщении известных конструкций вентиляторов смешанного принципа действия технически развитых стран США, России, Франции, Англии, Германии, Японии; в выборе направления дальнейшего совершенствования конструкции вентиляторов; разработке и реализации методики их расчета.

В рамках отдельных разделов диссертации личный вклад состоит в выводе основных выражений радиального смещения потока при динамическом взаимодействии с лопатками рабочего колеса и спрямляющего аппарата вентилятора. При этом рассматривается взаимодействие частицы элементарного

объема, движущейся в потоке, а сам процесс расчета аэродинамического взаимодействия частицы с лопатками рабочего колеса и спрямляющего аппарата построен на основе метода конечных элементов и сведен в компьютерную программу.

Практическая ценность. Результаты исследований позволяют создать вентиляторы нового поколения осе-радиального типа, обладающие лучшими аэродинамическими параметрами за счет того, что в конструкции вентилятора используется эффект радиального смещения потока вследствие его закручивания рабочим колесом при аэродинамическом взаимодействии. Теоретическая проработка процессов динамического взаимодействия потока воздуха с лопатками рабочего колеса на основе компьютерной модели позволяет оптимизировать конструкцию проточной части и создавать опытные образцы вентиляторов смешанного принципа действия без проведения дополнительных экспериментальных исследований.

Приведены рекомендации, и определены параметры для разработки перспективного типоряда вентиляторов местного проветривания смешанного принципа действия.

Основные положения методики расчета геометрических и аэродинамических параметров вентиляторов смешанного принципа действия представляют практический интерес в разработке и создании шахтных вентиляторов нового поколения, обладающих лучшими аэродинамическими и акустическими характеристиками.

Реализация результатов работы. Научные разработки и основные положения диссертационной работы переданы ОАО "Артемовский машзавод "Венкон" для использования при создании нового типоряда высоконапорных вентиляторов местного проветривания.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на Первой молодежной научно-практической конференции «Новые технологии и пути экономии затрат на предприятиях горно-металлургического и машиностроительного комплексов» (г. Верхняя Пышма, 2003 г.), на Молодеж-

ной научно-практической конференции, проводимой в рамках Уральской горнопромышленной декады (г. Екатеринбург, 2003 г.), на Международной научно-технической конференции «Научные основы и практика разведки и переработки руд и техногенного сырья» (г. Екатеринбург, 2003 г.), на Научном симпозиуме «Неделя горняка - 2004» (г. Москва, 2004 г.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 10 научных статей.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и 5 приложений, изложенных на 143 с. машинописного текста, содержит 60 иллюстраций, 5 таблиц и список литературы из 160 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1. Анализ состояния вопроса и задачи исследований

В настоящее время все серийно изготавливаемые вентиляторы местного проветривания имеют осевую или меридиональную аэродинамическую схему.

Несмотря на достаточно высокий уровень развития современных вентиляторов и достаточно сложную конструкцию проточной части: применение профильных лопаток РК и СА, закрутка лопаток РК и т.д., тем не менее КПД современных осевых вентиляторов местного проветривания не превышает 74-77 % при высоком уровне шума (115 / 120 дБА).

В связи со значительной сложностью и недостаточной изученностью аэродинамических процессов, протекающих в проточной части вентиляторов, в практике создания вентиляторов используются полуэмпирические зависимости, полученные в результате экспериментальных исследований.

Рассматривая различные аэродинамические схемы осевых вентиляторов ЦАГИ, следует заметить, что ни в одной из испытанных аэродинамических схем не используется эффект радиального смещения потока, возникаю-

щего в результате закручивания потока в рабочем колесе. Однако, придание втулке рабочего колеса незначительной конусности 15 / 200 (меридиональные вентиляторы) существенно повышает развиваемое статическое давление и КПД вентилятора.

При аэродинамическом взаимодействии потока воздуха с лопатками осевого рабочего колеса вентилятора поток закручивается и под действием центробежных сил смещается в радиальном направлении. Следовательно, форма корпуса и втулки вентилятора, выполненная по законам радиального смещения потока, позволит более эффективно использовать проточную часть вентилятора.

2. Обзор и классификация известных конструкций вентиляторов смешанного принципа действия

Анализ результатов патентно-информационного поиска (М.Кл.3 Б04), выполненного в РФ, Англии, Франции, Германии, США и Японии за последние 30 лет, и обзор литературных источников по конструкциям вентиляторов позволили предложить следующую классификацию ВСПД (рис. 1).

При детальном рассмотрении различных конструкций вентиляторов, представленных в патентных источниках, во многих следует отметить тенденцию на создание вентиляторов смешанного принципа действия (ВСПД), объединяющих каких-либо два принципа действия — осевой и центробежный или центробежный и диаметральный.

В зависимости от того, какой принцип действия является в машине преобладающим, все вентиляторы смешанного принципа действия могут подразделяться на: осе-радиальные, радиально-осевые, радиально-диаметральные

1. Осе-радиальные вентиляторы. В машинах этого типа использован эффект радиального смещения потока по поверхности рабочих лопаток осевых вентиляторов при несоблюдении постоянства циркуляции потока по высоте лопаток. При этом за счет центробежного эффекта осуществляется ради-

альное перемещение потока от втулки к корпусу машины, и, таким образом, создается дополнительный к осевому радиальный поток, приводящий к повышению аэродинамических параметров машины в целом. Конструктивно последнее достигается обычно за счет конической втулки. Для создания дополнительного радиального потока используется также втулочное пространство осевой машины и полые внутренние полости лопаток рабочих колес, что обеспечивает повышение аэродинамических параметров, в частности подачи вентилятора, и энергетических показателей вентилятора без увеличения их габаритов и частоты вращения.

Другим направлением конструктивного совершенствования рассматриваемых вентиляторов является увеличение их ступенчатости за счет установки дополнительных колес радиального типа, что при сравнительно небольшом увеличении габаритов в осевом направлении существенно повышает аэродинамические параметры и снижает удельные энергетические показатели машин.

2. Радиально-осевые вентиляторы Наиболее часто встречаемые конструктивные решения этих машин предполагают использование рабочих колес специальной конструкции, обеспечивающей наряду с основным (радиальным) также и дополнительный (осевой) эффект. Зачастую при этом также используются коническая втулка, за счет которой происходит не только ускорение потока в осевом направлении, но и его плавный переход в радиальное направление под действием центробежных сил.

Другим направлением конструктивного совершенствования рассматриваемых машин является использование в них дополнительных колес осевого типа, что при сравнительно небольших увеличениях габаритов в осевом направлении может существенно повысить аэродинамические параметры и снизить удельные энергетические показатели.

Рис. 1. Классификация вентиляторов смешанного принципа действия 3. Радиально-диаметральныевентиляторы. В известных конструкциях вентилятор в основном режиме своей работы представляет собой центробежную машину, а при изменении направления вращения рабочего колеса преобразуется в диаметральную машину. Отсюда и возникло название этого типа ВСПД - радиальнотдиаметральные.

3. Анализ состояния современной теории турбомашин

Современное состояние теории работы турбомашин не позволяет аналитически установить и разработать методику расчета геометрических и аэродинамических параметров вентилятора принципиально новой конструкции вследствие большого числа принятых допущений.

Допущение в теории о бесконечно большом количестве лопаток рабочего колеса предполагает, что поток воздуха мгновенно приобретает скорость закручивания, равную окружной скорости лопаток рабочего колеса, при этом углы входа и выхода потока полностью соответствуют углам установки лопаток на входе и выходе из рабочего колеса, что полностью исключает возможность установления закона изменения скорости закручивания потока при динамическом взаимодействии лопаток рабочего колеса и спрямляющего аппарата с потоком текучего, на основе "классической теории турбомашин", а следовательно, и установление закона радиального смещения потока при взаимодействии его с рабочим колесом.

Как результат - невозможность создания оптимальной конструкции вентиляторов смешанного принципа действия без проведения достаточно большого количества экспериментальных исследований в этой области.

Отсюда перспективным направлением дальнейшего совершенствования методики расчета и оптимизации различных геометрических параметров вентиляторов смешанного принципа действия является рассмотрение не относительных и абсолютных скоростей движения потока, а сил, их вызывающих, применительно к реальному рабочему колесу турбомашины.

4. Разработка теоретических основ методики расчета оптимальных параметров ВСПД

Для оптимизации конструкции геометрической формы втулки и корпуса вентилятора в районе рабочего колеса и спрямляющего аппарата необхо-

димо установить закон движения (смещения) потока воздуха в радиальном направлении, который, в свою очередь, зависит от текущего значения скорости закручивания потока на различных этапах прохождения потоком воздуха рабочего колеса и лопаток спрямляющего аппарата.

При расчете сложных динамических систем с нелинейными законами изменения параметров в машиностроении в последние годы находит широкое применение пошаговый метод расчета различных параметров. Суть метода конечных элементов (другое его название) заключается в разделении какого-либо сложного динамического процесса на достаточно большое количество конечных элементов, а затем рассмотрение процесса преобразования какого-либо расчетного параметра на каждом конечном отрезке. В этом случае процесс преобразования каких-либо параметров на отдельно взятом бесконечно малом отрезке рассматривается как равномерный и достаточно просто описывается математическими и физическими уравнениями для равномерного движения тела.

Особенностью этого метода расчета является достаточно большое количество вычислений — полный комплекс всех вычислений для каждого отдельно взятого отрезка. Для достаточной точности расчетов (об этом ниже) необходимо большое количество расчетных участков, как правило, 103 - 106. Поэтому данная методика расчета реализуется только с помощью компьютерной техники.

Результатом реализации данного подхода является рассмотрение пошагового преобразования аэродинамических параметров при динамическом взаимодействии лопаток рабочего колеса и спрямляющего аппарата с потоком. Для этого процесс взаимодействия колеса с потоком разбивается на бесконечно малые интервалы времени и рассматривается пошаговое преобразование аэродинамических параметров потока при прохождении рабочего колеса и других элементов конструкции. При этом рассматривается частица воздуха элементарного объема, движущаяся в потоке воздуха.

Для оптимизации конструкции геометрической формы втулки и корпуса вентилятора в районе рабочего колеса и спрямляющего аппарата необходимо установить закон движения (смещения) потока воздуха в радиальном направлении, который, в свою очередь, зависит от текущего значения радиальной скорости смещения потока:

(1)

где Ьр,+| — величина радиального смещение потока в текущий момент на бесконечно малом отрезке времени, м; Ьр1 — величина радиального смещения потока за интервал времени от начала динамического взаимодействия частицы в потоке до рассматриваемого момента времени, м; - текущее значение радиальной скорости смещения потока воздуха, — бесконечно малый промежуток времени, с.

Интервал времени при расчете величины радиального смещения потока рассчитывается по выражению

где Д - шаг интегрирования по времени, Д = 103 + 106; Т* — полное время взаимодействия частицы элементарного объема с лопатками рабочего колеса, с;

_ _ВМ-ьЩву + в,)

Са

(3)

где - ширина лопаток рабочего колеса, м; угол установки лопаток на рабочем колесе, град; угол закрутки лопаток рабочего колеса на расчетном радиусе, град.

Текущее время динамического взаимодействия потока с лопатками рабочего колеса рассчитывается по выражению

При использовании выражения (1) для расчета величины радиального смещения потока в результате его закручивания необходимо принять начальное условие: = 0.

Значение радиальной скорости смещения потока на бесконечно

малом отрезке времени зависит от текущего значения центробежной силы, действующей на поток воздуха в межлопаточном канале. Оно описывается выражением

F

Э„. =—-—<й р-у,. '

р.

(5)

где текущее значение центробежной силы, действующей на поток воздуха в межлопаточном канале, Н; р — плотность воздуха, кг/м3; Уд,— объем воздуха в лопаточном венце рабочего колеса, м.

Объем воздуха в межлопаточных каналах рабочего колеса осевого

вентилятора определяется по выражению

К =

где Дг — диаметр рабочего колеса вентилятора по концам лопаток, м; К - коэффициент отношения диаметра втулки к диаметру рабочего колеса вентилятора; В5 — ширина лопаток рабочего колеса на среднем радиусе лопаток; Кзср — средний коэффициент заполнения средой проточной части рабочего колеса.

Средний коэффициент заполнения средой проточной части рабочего колеса рассчитывается по выражению

л- Д2-К-0,165-г'С

К. „„ — *

зср

п-Дг-К,

(7)

где Кр - коэффициент радиуса, Кр = 0,55 - для расчета у втулки рабочего колеса; Кр =1 - для расчета по концам лопаток рабочего колеса; Z - число лопаток на рабочем колесе, шт; с - максимальная толщина профиля лопатки рабочего колеса, м; 0,765 - коэффициент, служащий для расчета среднего коэффициента заполнения

Для оптимизации геометрических размеров формы корпуса и втулки турбо воздуходувной машины в области рабочего колеса необходимо вести расчет на соответствующих радиусах рабочего колеса при этом используя геометрические параметры профиля лопатки для этих сечений.

Текущее значение центробежной силы, действующей на поток воздуха в межлопаточном канале, описывается выражением

где текущее значение скорости закручивания потока, м/с; средний

радиус лопаток рабочего колеса, м;

Дг ' Кр>

(9)

Выражение (8), с учетом выражения (6) и выражения (9), можно записать в виде:

Ъ,и-р-{Д1-{К-Дг?)-Вь -5111{ву+в,)-Сиг -К]Ср

(10)

2 -Дг-К„

Подставив в выражение (5) значение Рц (8), получим уравнение для расчета текущего значения радиальной скорости смещения потока:

Подставив в выражение (1) значение радиальной скорости смещения потока (11), получим выражение для расчета текущего значения смещения

потока, в зависимости от текущего значения скорости закручивания:

КСР

(12)

где - величина радиального смещения потока в текущий момент за бесконечно малый отрезок времени, м; - величина радиального смещения потока за интервал времени от начала динамического взаимодействия частицы в потоке до рассматриваемого момента времени, м.

Величина статического давления от действия центробежной силы в межлопаточном канале в текущий момент времени описывается выражением

где 81.7 — площадь поверхности, на которую действует давление, создаваемое центробежной силой, вызванной закруткой потока, М2; ф — текущее значение угла "раскрытия корпуса (конусности корпуса)" (рис. 2), град;

где В1.7 —ширина лопаток рабочего колеса на различных радиусах, м.

Рис. 2. К расчету геометрических и кинематических параметров осе-радиального рабочего колеса вентилятора

При расчете "величины центробежного давления", создаваемого осе-радиальным рабочим колесом, в выражении (13) используется значение угла на последнем бесконечно малом участке (на выходе из рабочего колеса).

Текущее значение угла "раскрытия корпуса (конусности корпуса)" рассчитывается по выражению

Конструкция корпуса и втулки осе-радиального вентилятора, выполненная по законам радиального смещения потока, позволяет достичь более

15

высокого коэффициента полезного действия, а также статического давления вентилятора за счет более полного использования центробежных сил, возникающих в осевом вентиляторе в результате закручивания потока воздуха РК.

5. Выбор языка программирования для методики расчета

Последовательное рассмотрение процесса динамического взаимодействия элементарной частицы в потоке с лопатками рабочего колеса и спрямляющего аппарата предполагает многократный пошаговый расчет скорости закручивания потока и величины радиального смещения потока на каждом бесконечно малом интервале времени. Применение методики расчета различных геометрических параметров турбовоздуходувных машин предполагает большое количество математических вычислений. Количество вычислений зависит в основном от шага интегрирования, от которого, в свою очередь, -точность расчетов. Поэтому применение данной методики вычислений изначально предполагает вести расчет с помощью компьютерной техники.

Для программирования, в зависимости от задачи, применяется соответствующий язык. В последние годы большое распространение получили пакеты "визуального" программирования (Delphi, Visual C+ + , Visual Basic). Для выполнения подобных расчетов вполне подходит среда электронных таблиц Excel со встроенным языком визуального программирования Visual Basic. Excel входит в пакет Microsoft Office и имеется почти на всех компьютерах.

6. Предлагаемые конструктивные решения ВСПД местного проветривания

Аэродинамическая схема и компоновка вентилятора местного проветривания с оптимальной (криволинейной, в соответствии с законом радиального смещения потока) формой проточной части вентилятора показана на рис. 3.

Рис. 3. Осе-радиальный вентилятор местного проветривания.

(Конструкция вентилятора с оптимальной формой проточной части)

С целью упрощения изготовления вентилятора втулка вентилятора и скосы по концам лопаток рабочего колеса могут иметь прямолинейную (коническую) форму. Конструкция вентилятора смешанного принципа действия с упрощенной формой проточной части показана на рис. 4.

Вентилятор местного проветривания с осе-радиальным рабочим колесом для дальнейшего увеличения давления может иметь двухступенчатую схему. Конструкция двухступенчатого вентилятора местного проветривания с первым осе-радиальным рабочим колесом показана на рис. 5.

Рис. 4. Осе-радиальный вентилятор местного проветривания, (конструкция вентилятора с упрощенной формой проточной части)

Рис. 5. Двухступенчатый вентилятор местного проветривания, (конструкция вентилятора с первым - осе-радиальным и вторым — меридиональным рабочим колесом).

Использование второго рабочего колеса вентилятора меридиональной, а не осевой конструкции позволяет повысить статическое давление и КПД вентилятора.

7. Результаты и основные выводы

Оценивая результаты расчета величины радиального смещения потока в рабочем колесе и в спрямляющем аппарате вентилятора и величины приращения статического давления вентилятора за счет центробежной составляющей под воздействием радиальных сил вследствие закручивания потока, следует отметить:

1. Прирост статического давления от использования радиального давления в рабочем колесе вентилятора весьма значителен. Прирост статического давления зависит, главным образом, от скорости закручивания потока на выходе из рабочего колеса и угла выхода потока.

2. Максимальное смещение потока наблюдается у втулки рабочего колеса вентилятора, наименьшее - по концам лопаток. Это объясняется тем, что у втулки лопатка имеет шире профиль, а значит, больше время динамического взаимодействия, а также закрутка лопаток у втулки направлена на увеличение динамических сил, закручивающих поток текучего.

3. Траектория свободного радиального смещения потока в рабочем колесе и спрямляющем аппарате имеет вид параболы. Следовательно, оптимальная форма проточной части осе-радиального вентилятора должна иметь соответствующий вид.

4. Прирост статического давления от радиальной составляющей в спрямляющем аппарате осе-радиального вентилятора не велик, что обусловлено более низкой скоростью закручивания потока на выходе из спрямляющего аппарата, по сравнению со скоростью закручивания на выходе из рабочего колеса.

5. Траектория и величина радиального смещения потока зависят от режима работы вентилятора. В случае работы вентилятора в режиме небольших подач зависимости скорости закручивания потока в рабочем колесе и спрямляющем аппарате, радиальной скорости смещения потока, угла выхода потока, прироста статического давления за счет центробежной составляющей и величины радиального смещения потока изменятся в большую сторону за счет снижения скорости и увеличения времени взаимодействия условной элементарной частицы с лопатками рабочего колеса и спрямляющего аппарата.

6. С целью создания компактного, малогабаритного, технологически простого в изготовлении вентилятора местного проветривания предлагается проточную часть вентилятора в области рабочего колеса и спрямляющего аппарата выполнять с конической формой втулок и лопаток. При этом угол скоса по концам лопаток рабочего колеса рекомендуется принять 15 - 30°; втулку вентилятора рабочего колеса рекомендуется выполнить с углом конусности 25 - 45° (см. рис. 4).

7. Угол конусности скоса лопаток спрямляющего аппарата рекомендуется в пределах 5 20°; втулки 15 35° (большие значения угла конусности для больших значений конусности корпуса и втулки рабочего колеса).

Результаты компьютерного моделирования геометрических параметров вентиляторов смешанного принципа действия и их сравнительные характеристики при различных углах конусности втулки и скоса по концам лопаток РК сведены в таблицу. Аэродинамические характеристики представлены на рис. 6.

Сравнительная характеристика вентиляторов

N п/п Наименование параметра Значение

ОВ-70 Вариант 1 Вариант 2 Вариант 3

1 Диаметр рабочего колеса, м 1 1 1 1

2 Номинальная частота вращения, м-1 1500 1500 1500 1500

3 Число лопаток РК, шт 14 14 14 14

4 Число лопаток СА, шт 21 21 21 21

5 Угол установки лопаток ВНА, град 0 0 0 0

6 Угол скоса по концам лопаток РК, град 0 15 20 30

7 Угол конусности втулки РК, град 15,9 20 30 45

8 Диапазон изменения подачи, М'/С 13,8-29 13,8-29 13,8-29 13,8-29

9 Номинальная подача вентилятора, М3/С 17,85 17,85 17,85 17,85

10 Развиваемое статическое давление при минимальной подаче вентилятора, Па 3490 4400 4800 5450

11 Развиваемое статическое давление при номинальной подаче вентилятора, Па 3640 4500 4890 5470

12 Развиваемое статическое давление при максимальной подаче вентилятора, Па 2200 2730 2910 3120

13 Максимальный КПД вентилятора 0,87 0,88 0,9 0,91

ЫькВт 180

135

90

Р», Па бооо

5000 4000

1

1

1 1

1 "К

-

1 ч ч ч \

1 1 . \\ \ ч

15 0_

25

1 1.0

0,75

4

0,50

30 О», «'/С

Рис. 6. Аэродинамические характеристики вентиляторов с конической втулкой и скосом по концам лопаток (при Дг = 1 м; п = 1000 об/мин; Д<5вна=0°):

1 — угол конусности втулки 20°, скос по концам лопаток 15°;

2 - угол конусности втулки 30°, скос по концам лопаток 20°;

3 - угол конусности втулки 45°, скос по концам лопаток 30°;

4 — аэродинамическая схема ОВ-70

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненная работа является научно-квалификационной работой, в которой изложены научно обоснованные разработки методики расчета осе-радиальных вентиляторов местного проветривания, обоснована их аэродина-

мическая схема, представлено несколько вариантов конструкций и их аэродинамические характеристики.

Основные результаты диссертационной работы могут быть сформулированы следующим образом:

1. Совершенствование конструкций осевых и центробежных вентиляторов практически достигло своего максимума, поэтому одним из основных направлений дальнейшего повышения их аэродинамических параметров является ориентация на создание вентиляторов смешанного принципа действия.

2. Современное состояние теории осевых воздуходувных машин, основанное на радиальном равновесии потока в рабочем колесе, не обеспечивает дальнейшего их конструктивного совершенствования, поэтому необходим переход к альтернативным методам их конструирования и проектирования.

3. Выполнен обзор, анализ и классификация всех известных конструкций ВСПД.

4. На основе изучения динамики процессов в лопаточных венцах рабочих колес и спрямляющих аппаратов разработана методика расчета и оптимизации геометрических параметров ВСПД, выполненная в конкретных вариантах конструкций.

5. Разработаны компьютерные программы расчета основных параметров рабочего колеса и спрямляющего аппарата ВСПД.

6. Выбрана и обоснована приоритетная аэродинамическая схема в качестве базовой для создания вентиляторов местного проветривания осе-радиального типа.

7. Разработаны рекомендации по оптимизации конструкции рабочего колеса и спрямляющего аппарата ВСПД.

8. Выполнена оценка достоверности полученных результатов путем сравнительной оценки характеристики статического давления вентилятора, выполненного по аэродинамической схеме ОВ-62, с характеристикой статического давления вентилятора, выполненного по аэродинамической схеме ОВ-70.

9. Основные результаты диссертационной работы (методика расчета и рекомендации по конструированию основных геометрических параметров ВСПД, аэродинамические характеристики нескольких вариантов конструкций вентиляторов) переданы в ОАО "Венкон".

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Тимухин С.А., Шантарин С.С., Копачев В.Ф. Проблемы оптимизации параметров шахтных вентиляторов смешанного принципа действия по критерию энергозатрат // Изв. УГГТА: Науч.-техн. журнал. 2001. Вып. 12. - С. 54-59.

2. Сигошин А.В., Шантарин С.С., Марущак B.C. Анализ степени влияния различных факторов на долговечность валов вентиляторов главного проветривания. // Изв. УГГГА: Науч.-техн. журнал. 2001. Вып. 12. - С. 63-69.

3. Тимухин С.А., Шантарин С.С., Сигошин А.А. Ресурс главных валов центробежных вентиляторов и факторы влияющие на него // Науч. симп. "Неделя горняка": Тез.докл. — М., 2001. С. 32-35.

4. Шантарин С.С., Тимухин С.А., Иванов В.А. Теоретические предпосылки создания шахтных осе-радиальных вентиляторов нового поколения // Изв. УГГГА: Науч.-техн. журнал. 2003. Вып. 16.-С. 137-140.

5. Тимухин С.А., Иванов ВА, Шантарин С.С. Основы динамики осе-радиальных воздуходувных машин // Изв. УПТА: Науч.-техн. журнал. 2003. Вып. 16.-С. 145-149.

6. Шантарин С.С, Тимухин С.А. Перспективы применения осе-радиальных вентиляторов в горном деле, основные положения методики их расчета // Новые технологии и пути экономии затрат на предприятиях горнометаллургического и машиностроительного комплексов: Тез. докл. Первой молод, науч.-практ. конф. 21-22 февраля 2003. - Верх. Пышма, 2003. С. 131132.

7. Шантарин С.С., Тимухин СА Основные направления создания высоконапорных осевых вентиляторов местного проветривания // Молод, науч.-практ. конф.: Тез.докл. - Екатеринбург, 2003. С. 85-88.

8. Шантарин С.С. Принципы оптимизации геометрических параметров вентиляторов смешанного принципа действия // Науч.-практ. конф.: Тез.докл. - Екатеринбург, 2003. С. 92-85. .

9. Шантарин С.С. Оптимизация параметров ВСПД по критерию свободного радиального смещения потока // Изв. VI11 А: Науч.-техн. журнал. 2004. Вып. 18.-С. 92-94.

10. Шантарин С.С. Анализ взаимодействия потока с лопатками рабочего колеса вентилятора // Изв. У ИГА: Науч.-техн. журнал. 2004. Вып. 18. - С. 73-75.

Подписано в печать 12.11.04 г. Печать на ризографе. Бумага писчая. Формат 60x84 1/16. Печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 208

Издательство УГГУ 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30 24

123808

стр.

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 .Обзор и анализ конструктивных решений ВСПД.

1.2 .Классификация вентиляторов смешанного принципа действия.

1.3 .Выводы по разделу.

2. РАЗРАБОТКА ОСНОВ ТЕОРИИ ВСПД

2.1 .Анализ состояния современной теории турбомашин.

2.2.Разработка теоретических основ методики расчета оптимальных параметров ВСПД.

2.3.Анализ и математическое описание аэродинамических процессов в лопаточном венце рабочего колеса вентилятора.

2.4.Анализ и математическое описание аэродинамических процессов в лопаточном венце спрямляющего аппарата.

2.5.Выводы по разделу.

3. РАЗРАБОТКА АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

И ОПТИМИЗАЦИЯ ОСНОВНЫХ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВСПД

3.1.Анализ и обоснование наиболее рациональной схемы вентилятора смешанного принципа действия для целей местного проветривания горных выработок.

3.2.Задачи оптимизации конструкции вентилятора местного проветривания смешанного принципа действия.

3.3.Программная реализация методики расчета аэродинамических и геометрических параметров осе-радиальных вентиляторов по методу конечных элементов.

3.3.1.Выбор языка программирования, структура программ.

3.3.2.Составление блок-схем и компьютерных программ для расчета аэродинамических и геометрических параметров осе-радиальных вентиляторов с оптимальной и упрощенной формой проточной части.

3.4.Выводы по разделу.

4. КОНСТРУКТИВНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ВЫПОЛНЕНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1.Предлагаемые конструктивные решения ВСПД местного проветривания.

4.2.Компьютерное моделирование аэродинамики предложенных конструкций ВСПД.

4.3 .Оценка достоверности моделирования посредством сравнительной оценки с результатами физического эксперимента.

4.4.0ценка конструктивного совершенства разработанных ВСПД.

4.5. Оценка полученных результатов и рекомендации при конструировании ВСПД.

4.6.Выводы по разделу.

Актуальность темы. Основным средством, обеспечивающим соответствующие атмосферные условия в подземных горных выработках, являются вентиляторные установки главного и местного проветривания.

Немаловажную роль для проветривания очистных и проходческих забоев играют вентиляторы местного проветривания. На некоторых шахтах их число доходит до 80, а суммарная мощность превышает мощность вентиляторов главного проветривания.

При проходке тупиковых выработок значительной длины большое значение имеет давление вентилятора. В практике проветривания горных выработок, известны случаи использования до 12 14 осевых вентиляторов местного проветривания, соединенных последовательно.

Попыткой повышения давления осевых вентиляторов местного проветривания было создание двухступенчатых осевых вентиляторов "Проходка - 500 - 2М", а позднее, создание центробежных вентиляторов местного проветривания со спиральным корпусом "ВЦО — 0,6". С целью уменьшения габаритных размеров были разработаны прямоточные центробежные вентиляторы, например ВЦ - 6, 7, 8.

Несмотря на то, что прямоточные центробежные вентиляторы существенно превосходят осевые машины по аэродинамическим параметрам, развивают существенно большее давление (в 2-3 раза больше, по сравнению с осевыми вентиляторами) при том же диаметре рабочего колеса, имеют более высокий КПД, меньший шум, прямоточные центробежные вентиляторы местного проветривания имеют существенный недостаток - значительные поперечные размеры, обусловленные прямоточной конструкцией корпуса.

В связи с этим, прямоточные центробежные вентиляторы получили достаточно ограниченное применение, и наибольшее распространение имеют по-прежнему осевые вентиляторы.

В процессе неоднократной модернизации проточной части и всей конструкции вентилятора в целом, современные осевые вентиляторы местного проветривания выполнены по аэродинамической схеме с меридиональным ускорением потока, и представляют собой одноступенчатую машину (вентиляторы типоряда ВМ).

Следует отметить, что конструктивное совершенствование традиционных типов воздуходувных машин — центробежных (радиальных) и осевых практически исчерпало свои потенциальные возможности, и наиболее перспективным направлением в настоящее время является ориентация на создание вентиляторов смешанного принципа действия. Таким образом достигается более эффективное использование проточной части машин. Следствием этого является повышение аэродинамических параметров, улучшение энергетических и шумовых характеристик без увеличения массогабаритных показателей и частот вращения рабочих колес, что представляет существенный интерес с точки зрения снижения энергетических затрат как на местное, так и на общешахтное проветривание.

Первоначальным этапом решения данной проблемы является разработка методов оптимизации геометрических и кинематических параметров вентиляторов смешанного принципа действия (ВСПД), требующих соответствующих теоретических обоснований.

Цель работы состоит в моделировании аэродинамических процессов и оптимизации параметров проточной части вентиляторов смешанного принципа действия (ВСПД).

Идея работы заключается в моделировании аэродинамических процессов в проточной части вентиляторов посредством пошагового рассмотрения преобразований аэродинамических параметров в лопаточных венцах рабочего колеса и спрямляющего аппарата.

Задачи исследований: В диссертации поставлен и решен ряд взаимосвязанных задач, основными из которых являются:

- анализ и классификация различных конструкций вентиляторов смешанного принципа действия на основе патентных источников технически развитых стран США, России, Франции, Англии, Германии, Японии за последние 30 лет;

- разработка методики оптимизации геометрических и кинематических параметров вентиляторов смешанного принципа действия (ВСПД), на основе метода конечных элементов, применительно к расчету аэродинамических систем;

- создание компьютерной модели вентилятора смешанного принципа действия и ее апробация для различных существующих аэродинамических схем вентиляторов;

- оптимизация геометрических параметров проточной части вентиляторов смешанного принципа действия методом компьютерного моделирования и эксперимента;

Методы исследований включают анализ источников научно-технической информации, включая патентные источники по тематике работы, постановку и проведение теоретических и экспериментальных исследований методами математического, компьютерного и физического моделирования с применением теории подобия. При этом рассматривается частица воздуха элементарного объема, движущаяся в потоке, и поэтапное (пошаговое) изменение параметров потока при взаимодействии с лопаточными венцами рабочего колеса и спрямляющего аппарата.

Основные научные положения, защищаемые автором:

1. Классификация конструкций вентиляторов смешанного принципа действия. Обоснование наиболее рациональной схемы ВСПД для целей местного проветривания.

2. Повышение статического давления вентиляторных агрегатов на 10+60 % и эксплуатационного КПД на 2+5 %. Снижение уровня создаваемого шума достигается путем создания вентиляторов смешанного принципа действия (ВСПД) со специальной формой корпуса и втулки рабочего колеса и спрямляющего аппарата, соответствующей траектории свободного смещения потока воздуха в радиальном направлении под действием центробежных сил, возникающих в результате закручивания потока воздуха рабочим колесом.

3. Принципиальные положения методики расчета геометрических и аэродинамических параметров вентиляторов смешанного принципа действия (ВСПД) по методу конечных элементов.

4. Аналитическое определение скоростей закручивания потока, скоростей смещения потока в радиальном направлении, величины радиального смещения потока в рабочем колесе и спрямляющем аппарате.

Достоверность научных положений, выводов, рекомендаций обеспечивается достаточной сходимостью результатов полученной характеристики статического давления вентилятора, выполненного по аэродинамической схеме ОВ-62, но с условно конической втулкой рабочего колеса (аналогично К-70) и характеристикой статического давления вентилятора, выполненного по аэродинамической схеме ОВ-70.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- предложена классификация вентиляторов смешанного принципа действия с разделением по принципу действия на три основных класса: осе-радиальные; радиально-осевые; радиально-диаметральные;

- сформулированы основные принципы оптимизации вентиляторов смешанного принципа действия на базе аэродинамических схем осевых вентиляторов;

- разработана пошаговая методика расчета геометрических и аэродинамических параметров осевых и осе-радиальных вентиляторов;

- получены расчетные зависимости между углом конусности корпуса и втулки рабочего колеса и приращением статического давления осе-радиального вентилятора;

Личный вклад автора состоит в анализе и обобщении известных конструкций вентиляторов смешанного принципа действия технически развитых стран США, России, Франции, Англии, Германии, Японии; в выборе направления дальнейшего совершенствования конструкции вентиляторов; разработке и реализации методики их расчета.

В рамках отдельных разделов диссертации личный вклад состоит в выводе основных выражений радиального смещения потока при динамическом взаимодействии с лопатками рабочего колеса и спрямляющего аппарата вентилятора. При этом рассматривается взаимодействие частицы элементарного объема, движущейся в потоке, а сам процесс расчета аэродинамического взаимодействия частицы с лопатками рабочего колеса и спрямляющего аппарата построен на основе метода конечных элементов и сведен в компьютерную программу.

Личный вклад автора состоит в разработке компьютерной методики расчета свободного радиального смещения потока в проточной части вентиляторов осе-радиального типа, а также в создании компьютерной методики моделирования аэродинамических параметров вентиляторов нового типа при использовании упрощенной (конической) формы проточной части вентиляторов.

Практическая ценность. Результаты исследований позволяют создать вентиляторы нового поколения осе-радиального типа, обладающих лучшими аэродинамическими параметрами за счет того, что в конструкции вентилятора используется эффект радиального смещения потока вследствие его закручивания рабочим колесом при аэродинамическом взаимодействии. Теоретическая проработка процессов динамического взаимодействия потока воздуха с лопатками рабочего колеса на основе компьютерной модели позволяет оптимизировать конструкцию проточной части и создавать опытные образцы вентиляторов смешанного принципа действия без проведения дополнительных экспериментальных исследований.

Приведены рекомендации и определены параметры для разработки перспективного типоряда вентиляторов местного проветривания смешанного принципа действия.

Основные положения методики расчета геометрических и аэродинамических параметров вентиляторов смешанного принципа действия представляют практический интерес в разработке и создании шахтных вентиляторов нового поколения, обладающих лучшими аэродинамическими и акустическими характеристиками.

Реализация работы. Научные разработки и основные положения диссертационной работы переданы ОАО "Артемовский машзавод "Вен-кон" для использования при создании нового типоряда высоконапорных вентиляторов местного проветривания.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на Первой молодежной научно-практической конференции «Новые технологии и пути экономии затрат на предприятиях горнометаллургического и машиностроительного комплексов» (г. Верхняя Пышма, 2003 г.), на Молодежной научно-практической конференции, проводимой в рамках Уральской горно-промышленной декады (г. Екатеринбург, 2003 г.), на Международной научно-технической конференции «Научные основы и практика разведки и переработки руд и техногенного сырья» (г. Екатеринбург, 2003 г.), на Научном симпозиуме «Неделя горняка - 2004» (г. Москва, 2004 г.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 10 научных статей.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и 5 приложений, изложенных на 143 с. машинописного текста, содержит 60 иллюстраций, 5 таблиц и список литературы из 160 наименований.

9. Основные результаты диссертационной работы (методика расчета и рекомендации по конструированию основных геометрических параметров ВСПД, аэродинамические характеристики нескольких вариантов конструкций вентиляторов) переданы в ОАО "Венкон".

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

Выполненная работа является научно-квалификационной работой в которой изложены научно обоснованные разработки методики расчета осе-радиальных вентиляторов местного проветривания, обоснована их аэродинамическая схема, представлено несколько вариантов конструкций и их аэродинамические характеристики.

1. Г.А.Бабак, Е.М.Левин, В.В .Пак. Элементы шахтных вентиляционных установок главного проветривания. — М.: Недра, 1972. 264 с.

2. Шахтные вентиляторные установки главного проветривания. Справочник. Г.А.Бабак, К.П.Бочаров, А.Т.Волохов и др. М.: Недра, 1982. -296 с.

3. Вентиляторы главного и местного проветривания / Отраслевой каталог 20-90-05. М.: ЦНИИТЭИтяжмаш, 1990 62 с.

4. Картавый Н.Г. Стационарные машины. М.: Недра, 1981. 327 с.

5. Ковалевская В.И. Оценка эксплуатационной надежности шахтных вентиляторов главного проветривания // Стандарты и качество. 1969. Вып. 4-36 с.

6. Ковалевская В.И., Спивак В.А., Фальков Б.С. Эксплуатация шахтных вентиляторов. -М.: Недра, 1983. -333 с.

7. Ковалевская В.И., Пак В.В. Повышение нагруженности шахтных центробежных вентиляторов. // Изв. вузов. Горный журнал, 1991. Вып. 3, С.118-123.

8. Ковалевская В.И., Бабак Г.А., Пак В.В. Шахтные центробежные вентиляторы. М.: Недра, 1976. - 320 с.

9. Иванов В.В. Перспективы развития шахтных вентиляторов // Уголь Украины, 1991, № ю, С.38-41.

10. Соломахова Т.С., Чебышева К.В. Центробежные вентиляторы: Аэродинамические схемы и характеристики осевых вентиляторов: Справочник. М.: Машиностроение, 1980. - 176 с.

11. Брусиловский И.В. Аэродинамические схемы и характеристики осевых вентиляторов ЦАГИ. Справочное пособие. М.: Недра, 1978. - 198 с.

12. Брусиловский И.В. Аэродинамика осевых вентиляторов. — М.: Машиностроение, 1984. — 240 с.

13. Галимзянов Ф.Г. Вентиляторы. Атлас конструкций. М.: «Машиностроение», 1968. 167 с.

14. Бабак Г.А. Современное состояние и пути развития шахтного вентиляторостроения в СССР. В сб. «Вопросы горной механики». Киев, изд-во «Наукова думка», 1969. С.8-13.

15. Шестаков B.C. Оптимизация параметров горных машин. Учебное пособие. Екатеринбург: Изд.: УТТТА, 2004. — 227 с.

16. Brezovec David. Mine Fans Deliver Higher Pressures. «Coal Age», 1980 том 85, C.84-97.

17. Morris J. Mine ventilation: some recent ucrievementg and trends. «Collier Guardian», 1981 том 229, № 6. C.221-224.

18. Bell F.T.D. Hints on operation and maintaing surface plant bentil equipment. Tinb Ventilation of South Afrika, 1981, том 23, № 6, C.l 18-120.

19. Scott G.Brittion. Water sptay fan increases face ventikation. «Coal Mining and Processing», 1978, том 15, № 12, C.64-66.

20. Malcolm McPherson. Ventikation considetations for Diesel-powered. «Word Coal», 1982, том 8, № 6, C.33-34.

21. Гимелынейн Л.Я., Фрейдлих И.С., Закиров P.C., Тациенко В.П. Развитие и совершенствование новых компоновок шахтных вентиляторных установок в ассоциации «Ленинскуголь». // Уголь — 1992. № 9, С.48-50.

22. Единые правила безопасности при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений полезных ископаемых подземным способом. М.: НПО ОБТ, Утверждено постановлением Госгортехнадзора России 13.05.2003.-62 с.

23. Правила безопасности в угольных и сланцевых шахтах. М.: Недра, 1996.-447 с.

24. Правила технической эксплуатации рудников, приисков и шахт, разрабатывающих месторождения цветных, редких и драгоценных металлов. М.: Недра, 1980, - 109 с.

25. Правила технической эксплуатации угольных и сланцевых шахт. — М.: Недра, 1976,-239 с.

26. Тимухин С.А. Прогнозирование режимов шахтных вентиляторных установок. Сб. «Электромеханические системы и оборудование». Пермь, ППИ, 1974, № 151, С.177-181.

27. Тимухин С.А. О глубине изменений параметров проветривания на шахтах СУБРа. Изв. вузов. Горный журнал, 1973, № 6, С.72-74.

28. Тимухин С.А., Косарев Н.П., Евсеев A.B. О регулировании режимов работы рудничных вентиляторных установок. Изв. вузов. Горный журнал, 1977, №6, С.101-103.

29. Веселов А.И. Рудничные турбомашины. М.: «Металлургиздат», 1952. — 687 с.

30. Пфлейдерер К. Лопастные машины для жидкостей и газов. М.: Машгаз, 1960 - 683 с.

31. Черкасский В. Насосы, вентиляторы, компрессоры. — М.: Энергия, 1977.-424 с.

32. Носырев Б.А. Теоретические основы рудничных турбомашин: Учебное пособие. Екатеринбург: Изд.УГГГА, 1995 - 96 с.

33. Гейер Г., Тимошенко Г. Шахтные вентиляторные и водоотливные установки: Учебник для вузов. М.: Недра, 1987. - 270 с.

34. Рипп М.Г., Петухов А.И., Мирошник A.M. Рудничные вентиляторные и водоотливные установки. М.: Недра, 1968. - 296 с.

35. ГОСТ 11004-84. Вентиляторы шахтные главного проветривания. Технические условия. Взамен ГОСТ 11004-75; Введ. с 01.01.85 до 01.01.95. М.: Издательство стандартов, 1984. - 31 с. (Ограничение срока действия отменено).

36. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Госэнергоиздат, 1960. С. 169-172.

37. Бабак Г.А. Состояние действующего парка вентиляторов главного проветривания Минуглепрома СССР и направления развития вентиляторостроения. В сб.: «Шахтные турбомашины», № 46, Донецк, ИГМТК им. М.М. Федорова, 1979. С. 17-27.

38. Пичков Ю.А., Бедин В.Г. Изменение полей скоростей на входе в шахтные осевые вентиляторы главного проветривания. Изв. вузов. Горный журнал, 1964, № 5. С.105-109.

39. Шестюк А.Н. Насосы, вентиляторы, компрессоры. М.: Высшая школа, 1972.-342 с.

40. Засухин И.Н., Вернадский В.Г. Средства контроля и управления воздушными вентиляционными потоками. // Безопасность труда впромышленности, 1989, № 10. С.54-55.

41. Егоркин Н.П., Патрушев М.А., Ус В.Н. Аэродинамические параметры автоматизированных шлюзовых устройств (АШУ). // Разработка месторождений полезных ископаемых (Киев). 1990, № 86. С.13-18.

42. Автоматизированные шлюзовые устройства в шахтах: Справочное пособие / Патрушев М.А., Ус В.Н. и др. М.: Недра, 1990. 269 с.

43. Зарицкий A.B. Микропроцессорная система автоматического управления вентиляторами главного проветривания рудников. // Механизация и автоматизация производства. 1984, № 2. С.17-19.

44. Гимелынейн Л.Я., Фрейдлих И.С. Повышение надежности шахтных вентиляторов. М.: Недра, 1978 - 188 с.

45. Тимухин С.А. и др. Промежуточный направляющий аппарат шахтных реверсивных осевых вентиляторов. Изв. вузов. Горный журнал, 1982, № 7. С.90-92.

46. Соболев Г.Г. Разработка планов ликвидации аварий в угольных шахтах. -М.: Недра, 1968. 136 с.

47. Пучков Л.А., Бахвалов JI.A. Методы и алгоритмы автоматического проветривания угольных шахт. М.: Недра, 1992. — 399 с.

48. Петров H.H. Оптимизация параметров вентиляторных установок. Сб. Автоматическое управление в горном деле. ИГД СО АН СССР, Новосибирск.: 1971. С.62-67.

49. Петров H.H., Кайгородов Ю.Н. Об эволюции вентиляционных систем шахт Кузбасса. Сб. Автоматическое управление в горном деле. ИГД СО АН СССР, Новосибирск.: 1971. С.67-72.

50. Вентцель Е.С., Овчаров JI.A. Теория случайных процессов и ее инженерные приложения. М.: Наука, 1991 - 384 с.

51. Харев A.A. Рудничная вентиляция и борьба с подземными пожарами. — М.: Недра, 1978-233 с.

52. Тимухин С.А. Оценка экономичности главной вентиляторной установки. Изв. вузов. Горный журнал, 1986, № 4. С.81-83.

53. Тимухин С.А. Оценка экономичности работы главных вентиляторных установок по удельному расходу мощности. Изв. вузов. Горный журнал, 1984, №4. С.79-82.

54. Ващенко B.C., Мацеев В.Г., Никитин И.П. Повышение эффективности вентиляции шахт. М.: Недра, 1977 - 208 с.

55. Самойленко Е.Я. Исследование и выбор рациональной величины депрессии угольных шахт при различных схемах проветривания. Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд.техн.наук. Донецк, ДЛИ, 1978. 21 с.

56. Бабак Г.А., Макаров В.Н. Повышение экономической вентиляторов струйным управлением обтеканием лопаток рабочих колес. В сб.: Повышение эффективности и эксплуатационной надежности шахтных стационарных установок. - М.: Недра, 1983. С.3-18.

57. Тимухин С.А. Обоснование рабочих областей главных вентиляторных установок. Изв. вузов. Горный журнал, 1966, № 7. С. 110-115.

58. Абрамович Г.Н. Аэродинамика местных сопротивлений. Часть 1. Изогнутые каналы. Издание ЦАГИ, вып. 211. М.: 1935, С.97-151.

59. Тимухин С.А., Белов C.B. Структура воздушного потока в вентиляционных каналах: Техника безопасности, охрана труда и горноспасательное дело: Науч.-техн.реф. сб. / ЦНИЭИУголь, 1980, № 5, сб. 7-8.

60. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М.: ИЛ, 1956. С.412-416.

61. Чебышева К.В., Соломахова Т.С. Влияние входных элементов центробежных вентиляторов на их аэродинамические характеристики. «Промышленная аэродинамика», вып. 31, «Машиностроение», 1974. С.25-39.

62. Тимухин С.А. Проектирование шахтных вентиляторных установок главного проветривания: Методическое пособие к курсовому и дипломному проектированию. Екатеринбург: Изд. VI11 А, 1994 - 32 с.

63. Ксенофонтова А.И. и др. Вентиляционное сопротивление горных выработок. М., Углетехиздат, 1950 257 с.г

64. Ващенко B.C. и др. Снижение потерь энергии при слиянии потоков воздуха. Горный журнал, 1976, № 8. С.71-78.

65. Тимухин С.А., Евсеев C.B. Совершенствование аэродинамических схем главных вентиляторных установок. В сб. «Вентиляция и газодинамические явления в шахтах», ИГД СО АН СССР, Новосибирск, 1981. С.41-47.

66. Харев A.A. Местные сопротивления шахтных вентиляционных сетей. М., «Углетехиздат», 1954.-241 с.

67. Исследование аэродинамики комплексов вентиляторных установок и разработка путей повышения эффективности их работы: Отчет / Свердловский горный институт; Руководитель работы Б.А. Носырев, № ГР 76029812, Свердловск, 1976. - 70 с.

68. Ушаков К.А., Брусиловский И.В., Бушель А.Р. Аэродинамика осевых вентиляторов и элементы их конструкций. М.: Госгортехиздат, 1960. — 419 с.

69. Тимухин С.А. О снижении объемных потерь в радиальных зазорах рабочих колес шахтных осевых вентиляторов. Изв. вузов. Горный журнал, 1995, №7. С.125-127.

70. A.c. (СССР) Центробежный вентилятор / С.А. Тимухин, К.С. Подвысоцкий, A.B. Евсеев, В.В. Мосякова № 3775712; Опубл. 23.05.87, Бюл. № 19.

71. Коровкин А.Г. Исследование структуры потока в диаметральном вентиляторе. В кн.: Промышленная аэродинамика. — Труды ЦАГИ: 1974, вып. 31.С.52-80.

72. A.c. (СССР) Устройство для изменения направления воздушной струи вентиляционных установок. Евсеев A.B., Тимухин С.А., Белов C.B., Носырев Б.А. и др. Заявлено 25.10.1978, № 2690524/22-03. Опубл. 23.08.80, Бюл. № 31.

73. A.c. (СССР) Устройство для изменения направления воздушной струи вентиляционных установок. Евсеев A.B., Тимухин С.А., Белов C.B., Носырев Б.А. и др. Заявлено 05.09.1980, № 2977545/22-03. Опубл. 15.05.82, Бюл. № 18.л

74. Тимухин С.А., Белов C.B., Евсеев A.B. Вентиляторные установки минимального сопротивления. Шахтное строительство, 1978, № 5. С.15-16.

75. Коноплев Е.С., Шарф В.Г., Тимухин С.А. Компоновочная схема полупрямоточной вентиляторной установки. Шахтное строительство,1983, №4. С.16-17.

76. Тимухин С.А. Сравнительная оценка теплового способа контроля коэффициента полезного действия главных шахтных вентиляторов. Изв. вузов. Горный журнал, 1973, № 1. С.87-90.

77. Степанов А.И. Центробежные и осевые компрессоры, воздуходувки и вентиляторы. Машгиз, М.: 1960 392 с.

78. Керстен И.О. Аэродинамические испытания шахтных вентиляторных установок: Справочное пособие. М.: Недра, 1986 — 196 с.

79. Абрамов Ф.А., Тян Р.Б., Потемкин В.Я. Расчет вентиляционных сетей шахт и рудников. М.: Недра, 1989 264 с.

80. Деордица Ю.С. Оптимизация режимов работы шахтных вентиляторов методом динамического программирования. Изв. вузов. Горный журнал, 1989, № 4. С.44-47.

81. Деордица Ю.С. Эквивалентные преобразования вентиляционных сетей шахт на ЭВМ. Изв. вузов. Горная журнал, 1986, № 7. С.73-75.

82. Деордица Ю.С. Расчет потокораспределения в инженерных сетях, моделируемых ацикличными графиками. Изв. вузов. Горный журнал,1984, №2. С.52-54.

83. Пучков Л.А., Бахвалов Л.А., Кравченко А.Г. Математическое обеспечение системы автоматизированного управления проветриванием газовых шахт. Изв. вузов. Горный журнал, 1987, № 9. С.103-107.

84. Потемкин В .Я., Тян Р.Б., Сапончик C.B. Управляемость вентиляционной сети шахты. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. Новосибирск: Наука, 1974. С.27-33.

85. Ефремов С.С. Разработка и исследования математической модели регулируемого вентилятора как объекта управления. Донецк, ДЛИ, 1983. -11 с.

86. Брага Г.И. Взаимосвязь вентиляционных режимов главного вентилятора и системы внутришахтного воздухораспределения. Защита рабочих горнорудной промышленности от производственной опасности и вредностей, 1983. С.37-38.

87. Тимухин С.А. Математическое описание воздушного потока, проходящего через главную вентиляторную установку. Изв. вузов. Горный журнал, 1984, №11. С.66-69.

88. Ордынцев В.М. Математическое описание объектов автоматизации. — М.: Машиностроение, 1965. — 360 с.

89. Местер И.М., Засухин И.Н. Автоматизация контроля и регулирования рудничного проветривания. М.: Недра, 1974. — 237 с.

90. АСПО. Библиотека программ графики. Руководство программиста. 3.520.136-01 33-01 -Северодонецк, НПО «Импульс», 1985. 39 с.

91. Рогов Е.И., Банкин С.С., Ряснов Е.Я. Надежность проветривания угольных шахт. Алма-Ата, «Наука», Каз. ССР, 1975. 152 с.

92. Болотин В.В. Прогнозирование ресурсов машин и конструкций. М.: Машиностроение, 1984. — 420 с.

93. Ковалевская В.И. и др. Эксплуатация шахтных вентиляторов. М.: Недра, 1983.-333 с.

94. A.c. 802640 (СССР) Промежуточный направляющий аппарат осевого реверсивного вентилятора. Шидловский A.A., Тимухин С.А. и др. Заявлено 18.07.78, № 645090 / 25-06. Опубл. 07.02.81, Б.И., 1981, № 5.

95. Каталог реверсивных регулировочных графиков осевых вентиляторов. Описание и инструкция по использованию. / Свердловский горный институт; Руководитель работы С.А. Тимухин, шифр темы 44-208-86, Свердловск, 1986.-33 с.

96. ГОСТ 10921-90. Вентиляторы радиальные и осевые. Методы аэродинамических испытаний. Взамен ГОСТ 10921-74; Введ. с 01.01.92 до 01.01.97. М.: Издательство стандартов, 1991. -32 с.

97. Тимухин С.А., Шантарин С.С., Копачев В.Ф. Проблемы оптимизации параметров шахтных вентиляторов смешанного принципа действия по критерию энергозатрат // Изв. УГТТА / Науч.-техн. жур. 2001. Вып. 12 — С. 54-59.

98. Сигошин A.B., Шантарин С.С., Марущак B.C. Анализ степени влияния различных факторов на долговечность валов вентиляторов главного проветривания. // Изв. УГТТА / Науч.-техн. жур. 2001. Вып. 12 -С. 63-69.

99. Тимухин С.А., Шантарин С.С., Сигошин A.A. Ресурс главных валов центробежных вентиляторов и факторы влияющие на него // Науч. симп. Неделя горняка: Тез.докл. М., 2001. С. 32-35.

100. Шантарин С.С., Тимухин С. А., Иванов В. А. Теоретические предпосылки создания шахтных осе-радиальных вентиляторов нового поколения // Изв. УГГГА / Науч.-техн. жур. 2003. Вып. 16 С. 137-140.

101. Тимухин С.А., Иванов В.А, Шантарин С.С. Основы динамики осе-радиальных воздуходувных машин. // Изв. УГГГА / Науч.-техн. жур. 2003. Вып. 16-С. 145-149.

102. Шантарин С.С., Тимухин С.А Основные направления создания высоконапорных осевых вентиляторов местного проветривания // Мол. научно-практич. конф.: Тез.докл. — Екатеринбург, 2003. С. 85-88.

103. Шантарин С.С. Принципы оптимизации геометрических параметров вентиляторов смешанного принципа действия // Научно-практич. конф.: Тез.докл. Екатеринбург, 2003. С. 92-85.

104. Шантарин С.С. Оптимизация параметров ВСПД по критерию свободного радиального смещения потока // Изв. УГГГА / Науч.-техн. жур. 2004. Вып. 18 С. 92-94.

105. Шантарин C.C. Анализ взаимодействия потока с лопатками рабочего колеса вентилятора // Изв. УГТТА / Науч.-техн. жур. 2004. Вып. 18 — С. 7375.

106. A.c. 892027 (СССР) Вентилятор. / Тимухин С.А., Косарев Н.П., Носырев Б.А., Евсеев A.B., Белов C.B. заявлено 11.04.77, № 2471132/2506, Опубл. 28.12.81, Б.И., 1981, № 47.

107. Косарев Н.П., Холодников Ю.В. Оценка реверсивных качеств осевых вентиляторов. Изв. вузов. Горный журнал. 1983, № 10. С.62-64.

108. Хорошев О.В., Боев С.Н. Аэродинамические исследования диаметрального вентилятора. Изв. вузов. Горный журнал, 1963, № 11 -128-130 с.

109. Боев С.Н. Влияние углов установки плоских лопаток и их числа на характеристику диаметрального вентилятора. Изв. вузов. Горный журнал, 1964, №8. С.106-109.

110. Праховник A.B. и др. Энергосберегающие режимы электроснабжения горнодобывающих предприятий. М.: Недра, 1985.-323 с.

111. Рудничная вентиляция: Справочник./ Н.Ф. Гращенков, А.Э. Петросян, М.А. Фролов и др.; Под ред. К.З. Ушакова. 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Недра, 1988.-440 с.

112. Tyler J.M., Sofrin T.G. Axial Flow Compressor Noise Studies. SAE, Aeronautic Meeting, New York, 1961, p.41.

113. Брусиловский И.В., Бушель A.P. Осевые вентиляторы с расширенной областью устойчивой работы. В сб.: Промышленная аэродинамика, вып. 29. -М., «Машиностроение», 1973. С. 88-97.

114. Брусиловский И.В. Аэродинамические схемы и характеристики осевых вентиляторов ЦАГИ. Справ. пос.-М., «Недра», 1978. 198 с.

115. Брусиловский И.В. Регулирование осевых вентиляторов направляющим аппаратом. В сб.: Промышленная аэродинамика, вып. 29. М.: «Машиностроение», 1973. С.3-34.

116. Вентиляторы осевые общего назначения. ГОСТ 11442-74. М.: изд. стандартов, 1974 с.

117. Ушаков К.А., Бушель А.Р. Устранение неустойчивости работы осевых вентиляторов с помощью сепараторов. В кн.: Промышленная аэродинамика, вып. 24. — М.: Оборонгиз, 1962. С.9-34.

118. А.С. №539164 (Россия) Корпус центробежного прямоточного вентилятора. Пак В.В., Курбаков В.Е., Верещагин В.П. и др. опубл. в БИ, 1976, №46.

119. Patent № 1522241 (Англия) Centrifugal fan assemely.

120. Patent № 2756880 (Франция) Axialventilator mit hilfsflugeln.

121. Patent № 2417659 (Франция) Ventilatorlaufrad.

122. A.C. №519557 (Россия) Осевой вентилятор. Алексеев В.А., Левчук А.И., Аксенкина Л.В., Паныпина Н.П. опубл. в БИ, 1976, № 24.

123. Patent № 7802406 (Франция) Demande de brevet d'invention.

124. Patent № 4181719 (USA) Composite impeller wheel with improved centering of one component on the other.

125. Patent № 3831884 (USA) Methods and device for generating lift.

126. Patent № 2619318 (Франция) Axialventilator mit hilfsflugeln.

127. Patent № 4265596 (USA) Axial flow fan with auxiliary blades.

128. A.C. №687260 (Россия) Осевой вентилятор. Тимухин С.А., Евсеев А.В., Белов С.В., Носырев Б .А. и др. опубл. в БИ, 1979, № 35.

129. Patent № 3017226 (Франция) Ventilatorlaufrad.

130. Patent № 7800803 (Франция) Ventilateur axial a boftier polygonal plant, notamment carre.

131. Patent № 7931607 (Франция) Ventilateur de refroidssement d'un radiateur pour vehicule automobile.

132. Patent № 4207025 (USA) Inflatable fan housing.

133. Patent № 2951775 (Франция) Ventilatorlaufrad.

134. А.С. №850929 (Россия) Центробежно-осевой вентилятор. Пашков В.Н., Резинский С.Р., Фейгельман И.И., Яковлев А.И. опубл. в БИ, 1981, №28.

135. А.С. №395622 (Россия) Осевой вентилятор. Иванов С.К., Хильченко Л.П., Раскин И.А., Финкелынтейн Е.Г. опубл. в БИ, 1974, № 35.

136. Patent № 2903369 (Франция) Kleingeblase mit elektrischem Antriebsmotor.

137. Patent № 7904204 (Франция) Petit ventilateur avec moteur d'entraînement electrigue.

138. Patent № 2905624 (Франция) Kleingeblase mit elektrischem Antriebsmotor.

139. Patent № 7208280 (Франция) Perfectionnements apportes aux machines tournantes axiaies a un etage de pales ou aubes.

140. A.C. №821752 (Россия) Диагональный вентилятор. Хохряков В.П., Хохряков H.А. опубл. в БИ, 1981, № 14.

141. Patent № 2757092 (Франция) Geblase.

142. Patent № 4820491 (Япония).

143. Patent № 1805961 (Франция) Ventilator.

144. А.С. №593003 (Россия) Рабочее колесо вентилятора. Ким Р.А., Салеев Ф.И., Гаврилов В.П., Машанов В.И. и др. опубл. в БИ, 1978, № 6.

145. Patent № 7717450 (Франция) Rotor ventilateur pour l'aération superficelle des liguides.

146. Patent № 7808398 (Франция) Roue de ventilateur, en particulier pour ventilateur a air de combustion.

147. Patent № 2386707 (Франция) Rotor de ventilateur a flux diagonal dont les pales présentent une surface developpeble.

148. Patent № 2396191 (Франция) Warmeruckgewinnender ventilator.

149. Patent № 2378962 (Франция) Structure de roue a ailettes pour ventilateur a circulation transversale.

150. Patent № 2385925 (Франция) Dispositif d'isolation acoustigue pour soufflantes, ventilateurs ou turbomachines du meme type.

151. Patent № 1454630 (Англия) Axial-flow fan.

152. A.C. №918549 (Россия) Осевой вентилятор. Косарев Н.П., Белов C.B., Носырев Б. А., Тимухин С.А. и др. опубл. в БИ, 1982, № 13.

153. Patent № 2355182 (Франция) Einrichtung zur gerauschdammung an geblasen о dgl.

154. Patent № 2718693 (Франция) Entgegenhaltungen.

155. A.c. 1252550 (СССР) Осевой вентилятор. Авт. изобрет. С.А. Тимухин, A.B. Евсеев, C.B. Белов и др. Опубл. 25.09.79. Бюл. № 35.

156. Афанасьев А.И., Потапов В.Я. Математическая обработка результатов эксперимента: Учебное пособие. Екатеринбург: Изд. У11 ТА, 2004. - 146 с.